탄화깊이 측정을 통한 목재 Douglas-Fir의 내화 성능 평가에 관한 실험적 연구

Abstract

목재는 가구재·장식재·구조재 등으로 광범위하게 사용되고 있으며, 천연자원중의 하나로 안락한 느낌과 따뜻한 질감, 음향 등에 대한 반사나 잔향이 적다는 장점 때문에 일반 건축물 등에서 건축 부재로 많이 사용되고 있다. 그러나 건축 재료로서의 목재는 연소되기 쉬워 방화관리상 충분한 안전성이 고려되어야 하는 단점이 있다. 또한, 최근 숭례문 방화사건 등 일련의 목재 ㅅ건축물에 대한 방화·화재 사고로 인하여 목재 건축물의 내화 성능에 대한 관심이 고조되고 있는 실정이다. 목재는 외부 열원, 특히 화재시 발생되는 대류열과 복사열에 의해 가열되면 분해가스가 방출하고, 분해가스가 연소함으로써 장기간 타게 되면 목재 심층부까지 연소가 진행된다. 목재를 가구재나 장식재가 아닌 구조재로 건축물에 적용을 하기 위하여는 내화구조로서의 성능이 확보되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 현재 전원주택, 클럽하우스 등의 목조 건축물에 널리 사용되는 건축재료인 더글러스퍼(Douglas-fir)에 대하여 목조 부재의 내화실험에 따른 탄화깊이를 측정하여 목재를 내화구조로서 건축물의 주요구조부에 사용하기 위한 내화 성능 평가의 기초자료를 제시 하고자한다 본 논문은 총 6장으로 구성되어 있으며, 각 장의 내용은 다음과 같다. 제 1장에서는 본 연구의 배경 및 목적, 연구방법 및 범위에 대하여 기술하였다. 제 2장에서는 목재의 내화 특성 및 탄화 깊 이에 대하여 이론적 고찰을 하였으며, 여러 수종에 따른 실험을 실시하였다. 제 3장에서는 목재 Douglas-Fir의 탄화 깊이에 따른 내화 성능 평가에 관한 실험개요, 시험체 및 실험조건, 측정항목 및 방법에 관한 사항을 기술하였다. 제 4장에서는 3장의 실험 개요를 바탕으로 실제 표준온도가열시험에 의한 목재 Douglas-Fir의 내화성능을 실험하여, 이에 따른 결과를 분석하고 검토하였다. 제 5장에서는 각 실험결과를 고찰하였다. 제 6장에서는 각 장의 고찰 결과를 종합하여 결론을 도출하였으며 그 내용은 다음과 같다. 1) 재료의 단면 크기를 변수로 60분 내화실험한 결과, 모든 시편이 탄화깊이 40mm를 넘지 않는 것을 알 수 있었다. 2) 재료의 건조상태를 변수로 120분 내화실험한 결과, 모든 시편이 탄화깊이 80mm를 넘지 않는 것을 알 수 있었다. 3) 지름 350mm, 길이 3000mm인 기둥시험체를 12.5ton 재하하면서 60분 내화실험한 결과 KS F 2257-1, 7에서 요구하는 하중지지력이 확보되는 것을 알 수 있었으며, 동 조건에서 40mm의 탄화층이 형성됨을 알 수 있었다. 4) 폭 420mm 깊이 540mm 길이 4200mm 보 시험체를 60분 내화실험한 결과 시험체 내부온도 100℃를 기준으로 온도지연 현상이 발생함을 알 수 있었으며, 30mm의 탄화층이 형성됨을 알 수 있었다. 5) 폭 400mm, 깊이 540mm, 길이 600mm의 시험체를 120분 내화시험한 결과 내부온도 100℃를 기준으로 온도지연 현상이 발생함을 알 수 있었으며, 60mm의 탄화층이 형성됨을 알 수 있었다. 6) 폭 420mm 깊이 540mm 길이 4200mm 보 시험체를 21.8ton 재하하면서 60분 내화실험한 결과 KS F 2257-1, 6에서 요구하는 하중지지력이 확보되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과를 통해 볼 때, Douglas-Fir의 탄화 깊이 측정을 통한 내화 성능 평가 결과는 60분 가열시간 기준으로 탄화두께 40mm를 대체로 충족하고 있으며, 이는 Eurocode 5 part 2-1 등에 기존에 제시된 탄화속도 및 깊이에서 벗어나지 않는 결과임을 알 수 있다. 아울러,Douglas-Fir가 법적인 의미의 내화구조로서 건축물의 주요구조부에 사용되어 화재시 인명과 재산을 보호하는 역할을 하기 위하여는 향후 부가시험 항목, 방법, 기준 및 안전을 적용범위 등에 대한 연구 및 검토ㅛ가 필요할 것으로 사료된다.; Wood be used widely by materials of furniture, decoration and structure. And so, for various merits, it is used by a structure member. But, Wood of a buiding materials spread fire easily. So, It have to consider the safety enough on administering fire proofing. And so, recently, for the arson accident of wooden building about the Sungnyemun, it is that a interest on fire protection performance of wooden building is raised. The domestic evaluation method of fire protection follow on the fire protection test method of building structure member of Korean Standard Code, KS F 2257 (1999) to be remodeled by ISO 834 (1999). But a study on fire protection performance of korean style house to be collected heavy timber construction is wholly lacking. The main variable on fire durability of wood is a charring rate and this result about appropriately charring rate measures to be used by time-temperature curve graph of ISO 834. Therefore, this study have to present the basic data for a fir protection evaluation of wooden building to measure the charring depth & rate of slab & column of wooden member to use the douglas fir of building materials to construct in wooden buildings.